（浙江選考）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第3章 牛頓運動定律 實驗3 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系學(xué)案

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1、實驗3　探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 注意事項 1.實驗方法：控制變量法。 2.平衡摩擦力：在平衡摩擦力時，不要懸掛小盤，但小車應(yīng)連著紙帶且接通電源。用手給小車一個初速度，如果在紙帶上打出的點的間隔是均勻的，表明小車受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。 3.不重復(fù)平衡摩擦力：平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼的總質(zhì)量還是改變小車和砝碼的總質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力。 4.實驗條件：M?m。只有如此，小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力。 5.一先一后一按住：改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點計時器，并應(yīng)先接通電源，后放開小車，且應(yīng)在小車到達(dá)

2、滑輪前按住小車。 6.作圖：作圖時兩軸標(biāo)度比例要適當(dāng)，各量須采用國際單位，這樣作圖線時，坐標(biāo)點間距不至于過密，誤差會小些。 誤差分析 1.因?qū)嶒炘聿煌晟埔鸬恼`差：本實驗用小盤和砝碼的總重力mg代替小車的拉力，而實際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼的總重力。 2.摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測量不準(zhǔn)確、計數(shù)點間距測量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會引起誤差。 熱點一　教材原型實驗 【例1】　(2017·11月浙江選考)在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中， (1)下列儀器需要用到的是________(多選)。 (2)下列說法正確的是________(多選)。

3、A.先釋放紙帶再接通電源 B.拉小車的細(xì)線應(yīng)盡可能與長木板平行 C.紙帶與小車相連端的點跡較疏 D.輕推小車，拖著紙帶的小車能夠勻速下滑說明摩擦力已被平衡 (3)如圖1所示是實驗時打出的一條紙帶，A、B、C、D…為每隔4個點取的計數(shù)點，據(jù)此紙帶可知小車在D點的速度大小為________ m/s(小數(shù)點后保留兩位)。 圖1 解析　(1)本實驗通過打點計時器打出的紙帶分布求物體的加速度，需要通過改變小車質(zhì)量，用控制變量法研究加速度、質(zhì)量、合外力之間的關(guān)系，所以選擇儀器A、D。 (2)實驗時應(yīng)先接通電源，待打點計時器正常工作后，再釋放小車，A錯誤；為了保證繩子拉力沿木板方向，所以繩

4、子要與木板平行，所以B正確；小車釋放前應(yīng)盡量靠近打點計時器，以保證點足夠多，便于分析小車加速度，開始運動時小車速度較慢，點間距較小，選項C錯誤；連紙帶的小車勻速下滑時表示小車所受合外力為零，說明摩擦力已被平衡，選項D正確。 (3)根據(jù)vD＝＝ m/s＝0.21 m/s。 答案　(1)AD　(2)BD　(3)0.21 熱點二　實驗拓展創(chuàng)新 1.實驗器材的改進(jìn) (1)氣墊導(dǎo)軌(不用平衡摩擦力)長木板(如圖2) 圖2 (2)利用光電門測速度(如圖3) 圖3 (3)利用位移傳感器測位移(如圖4) 圖4 2.數(shù)據(jù)測量的改進(jìn) 3.實驗的拓展延伸 以“探究加速度與力

5、、質(zhì)量的關(guān)系”為背景測量物塊與木板間的動摩擦因數(shù)。 【例2】　在用DIS研究小車加速度與外力的關(guān)系時，某實驗小組先用如圖5a所示的實驗裝置，重物通過滑輪用細(xì)線拉小車，在小車和重物之間接一個不計質(zhì)量的微型力傳感器，位移傳感器（發(fā)射器）隨小車一起沿水平軌道運動，位移傳感器（接收器）固定在軌道一端，實驗中力傳感器的拉力為F，保持小車[包括位移傳感器（發(fā)射器）]的質(zhì)量不變，改變重物重力重復(fù)實驗若干次，得到加速度與外力的關(guān)系如圖b所示。 圖5 （1）小車與軌道間的滑動摩擦力Ff＝　　　　N。 （2）從圖象中分析，小車[包括位移傳感器（發(fā)射器）]的質(zhì)量為　　　　kg。 （3）該實驗小組為得到

6、a與F成正比的關(guān)系，應(yīng)將斜面的傾角θ調(diào)整到tan θ＝　　　　。 解析?。?）根據(jù)圖象可知，當(dāng)F＝0.67 N時，小車開始有加速度，則Ff＝0.67 N。 （2）根據(jù)牛頓第二定律a＝＝F－，則a－F圖象的斜率表示小車[包括位移傳感器（發(fā)射器）]質(zhì)量的倒數(shù)，則 M＝＝ kg＝ kg≈0.67 kg。 （3）為得到a與F成正比的關(guān)系，則應(yīng)該平衡摩擦力，則有： Mgsin θ＝μMgcos θ 解得tan θ＝μ， 根據(jù)Ff＝μMg得μ＝＝0.1 所以tan θ＝0.1。 答案　（1）0.67?。?）0.67?。?）0.1 1.（2018·11月浙江選考）在“探究加速度與力、

7、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中，兩個相同的小車放在光滑水平板上，前端各系一條細(xì)繩，繩的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤中可放重物。小車的停和動通過用黑板擦按住小車后的細(xì)線和抬起來控制，如圖6甲所示。實驗要求小盤和重物所受的重力近似等于使小車做勻加速直線運動的力。 圖6 （1）請指出圖乙中錯誤之處： ______________________________________。 （2）調(diào)整好實驗裝置后，在某次實驗中測得兩小車的位移分別是x1和x2，則兩車的加速度之比為　　　　　　　　　　　　　。 解析　細(xì)繩拉力方向應(yīng)與桌面平行，以保證小車受到恒力的作用，從而加速度恒定，如果不平行，則隨著小車的

8、運動，小車水平方向的拉力會發(fā)生變化，同時根據(jù)題意“小盤和重物所受的重力近似等于使小車做勻加速直線運動的力”可知，只有當(dāng)托盤和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量時，才可以把小車受到的拉力認(rèn)為近似等于托盤和砝碼的重力。根據(jù)x＝at2可知，兩車同時釋放，同時靜止，加速度之比等于位移之比。 答案?。?）拉小車的細(xì)繩與木板沒有平行　托盤和砝碼的總質(zhì)量沒有遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量?。?）x1：x2 2.（2018·浙江諸暨牌頭中學(xué)期中）在探究“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中，某同學(xué)將實驗器材組裝后，釋放小車前瞬間的情景如圖7甲所示。（甲圖為實際拍攝圖，乙圖為相應(yīng)簡圖） （1）在接通電源進(jìn)行實驗之前，請你指出圖中的錯

9、誤或不妥之處 ①__________________________________________________________________， ②__________________________________________________________________， ③__________________________________________________________________。 圖7 （2）改正實驗裝置后，該同學(xué)順利地完成了實驗。圖8是他在實驗中得到的一條紙帶，圖中相鄰兩計數(shù)點之間時間間隔為0.1 s，由圖中數(shù)據(jù)可得小車的加速度為　　

10、　　m/s2。 圖8 解析?。?）打點計時器使用交流電源；為了盡可能的利用紙帶在釋放前小車應(yīng)緊靠打點計時器；在本實驗中我們認(rèn)為繩子的拉力等于物體所受的合外力，故在實驗前要首先平衡摩擦力。 答案?。?）①小車沒有靠近打點計時器?、跊]有平衡摩擦力?、垭娫词褂昧酥绷麟娫础。?）0.40 m/s2 3.某實驗小組利用如圖9甲所示的裝置進(jìn)行“探究加速度與合外力的關(guān)系”的實驗。 （1）在實驗中必須平衡摩擦力，以　　　　　　平衡摩擦力，當(dāng)小車　　　　　　運動時，摩擦力恰好被平衡。 （2）為了減小誤差，在平衡摩擦力后，每次實驗必須通過改變鉤碼的個數(shù)來改變小車所受合外力，獲取多組數(shù)據(jù)。若小車質(zhì)量

11、為400 g，實驗中每次所用的鉤碼總質(zhì)量范圍應(yīng)選　　　　組會比較合理。（填選項前的字母） A.10～40 g B.200～400 g C.1 000～2 000 g （3）實驗中打點計時器所使用的是　　　?。ㄟx填“交流”或“直流”）電源，頻率為50 Hz，圖乙中給出的是實驗中獲取的紙帶的一部分：1、2、3、4、5是計數(shù)點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個打點未標(biāo)出，每兩個計數(shù)點間的時間間隔是　　　　s，由該紙帶可求得小車的加速度a＝　　　　m/s2。（結(jié)果保留2位小數(shù)） （4）改變鉤碼的個數(shù)重復(fù)實驗，得到加速度a與合外力F的關(guān)系如圖丙所示，分析線段OA，可得出實驗的結(jié)論是__________

12、___________________________。 圖9 答案?。?）傾斜木板　勻速直線?。?）A?。?）交流　0.1　1.07?。?）在質(zhì)量不變的條件下，物體的加速度與合外力成正比 4.為了“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”，甲、乙、丙三位同學(xué)分別設(shè)計了如圖10所示的實驗裝置，小車總質(zhì)量用M表示（乙圖中M包括小車與傳感器，丙圖中M包括小車和與小車固定的滑輪），鉤碼總質(zhì)量用m表示。 圖10 （1）為便于測量合外力的大小，并得到小車總質(zhì)量一定時，小車的加速度與所受合外力成正比的結(jié)論，下列說法正確的是（　?。? A.三組實驗中只有甲需要平衡摩擦力 B.三組實驗都需要平衡摩

13、擦力 C.三組實驗中只有甲需要滿足所掛鉤碼的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量M的條件 D.三組實驗都需要滿足所掛鉤碼的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量M的條件 （2）圖丁是用圖甲裝置中打點計時器所打的紙帶的一部分，O、A、B、C、D和E為紙帶上六個計數(shù)點，加速度大小用a表示。則OD間的距離為　　　　cm。圖戊是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出的s－t2圖線（s為各計數(shù)點至同一起點的距離），則加速度大小a＝　　　　m/s2（保留3位有效數(shù)字）。 （3）若乙、丙兩位同學(xué)發(fā)現(xiàn)某次測量中力傳感器和彈簧測力計讀數(shù)相同，通過計算得到小車加速度均為a，g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，則乙、丙兩位同學(xué)實驗時所用小車總質(zhì)量之比為　　　　　。

14、 解析?。?）由于刻度尺最小刻度為mm，則OD＝12.0 mm＝1.20 cm；戊圖中s－t2圖線為過原點的直線，即s∝t2，由s＝at2可知，圖線斜率k＝a，a＝2k＝2×0.467 m/s2＝0.934 m/s2。 （3）由于圖乙、丙中力傳感器示數(shù)與彈簧測力計示數(shù)相同，則丙中小車?yán)κ且抑械?倍，而小車加速度相同，由此可知乙、丙兩位同學(xué)所用小車質(zhì)量比為1∶2。 答案?。?）BC?。?）1.20　0.934（0.932～0.935均可）?。?）1∶2 5.（2018·新高考選考終極適應(yīng)卷）如圖11，為某同學(xué)設(shè)計的“探究加速度與物體所受合力F及質(zhì)量m的關(guān)系”實驗裝置簡圖。 圖11

15、 （1）本實驗采用的實驗方法是　　　　。 A.控制變量法 B.假設(shè)法 C.理想實驗法 D.等效替代法 （2）在保持小車受力相同時，探究加速度與質(zhì)量關(guān)系的實驗中，以下說法正確的是　　　　。 A.平衡摩擦力時，應(yīng)將裝有砝碼的小桶用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上 B.每次改變小車的質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力 C.實驗時，先放開小車，再接通打點計時器電源 D.為得出加速度a與與質(zhì)量m的關(guān)系而作出a－圖象 （3）圖12是實驗中獲取的一條紙帶的一部分，其中O、A、B、C、D是計數(shù)點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點（圖中未標(biāo)出），計數(shù)點間的距離如圖13，由紙帶求出小車打“B”點時的速度　　　

16、　m/s，加速度的大小為　　　　m/s2。（計算結(jié)果均保留2位有效數(shù)字） 圖12 （4）如圖13所示是某同學(xué)在探究加速度與力的關(guān)系時，根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出的a－F圖線。其中圖線不過原點的原因是　　　　　　　　　　　　　　，圖線在末端彎曲的原因是_____________________________________________________ ___________________________________________________________________。 圖13 解析?。?）本實驗采用的實驗方法是控制變量法。 （2）平衡摩擦力時，應(yīng)不掛小桶，讓小車

17、拖著紙帶在木板上做勻速運動，選項A錯誤；每次改變小車的質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力，選項B正確；實驗時要先接通電源后放小車，選項C錯誤；因為a－為正比關(guān)系，故為得出加速度a與與質(zhì)量m的關(guān)系而作出a－圖象，選項D正確。 （3）計數(shù)點間的時間間隔T＝0.02 s×5＝0.1 s，打“B”計數(shù)點時小車的速度大小為v＝＝ m/s＝0.54 m/s；小車的加速度a＝＝ m/s2＝1.5 m/s2。 （4）由圖線可知，當(dāng)力F到達(dá)一定的值時才有加速度，故圖線不過原點的原因是未平衡摩擦力或未完全平衡摩擦力；圖線在末端彎曲的原因是未滿足小車的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小桶和砝碼的總質(zhì)量。 答案?。?）A?。?）BD?。?）0.54　1.5?。?）未平衡摩擦力或未完全平衡摩擦　未滿足小車的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小桶和砝碼的總質(zhì)量 9